Python 线程和套接字 CPU 使用率高的问题与解决方案

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一位名为 Jay 的程序员在运行他的应用程序时注意到,即使在低负载的情况下,应用程序也会消耗大约 4% 的 CPU。他使用性能分析软件 (yappi) 进行了检查,发现有两个方法/类占用了大量 CPU 时间:

../lib/python2.6/socket.py.accept:19
../lib/python2.6/threading.py._release_save:21

Jay 想知道这些方法/类是否众所周知地“资源密集”,并希望获得一些与之相关的性能改进提示。

2、解决方案

2.1 socket.accept 方法

socket.accept 方法用于等待并接受来自客户端的连接请求。当客户端连接到服务器时,socket.accept 方法将创建一个新的套接字对象来表示该客户端连接,并返回该对象。

如果服务器端的应用程序在等待客户端连接时没有及时处理新连接请求,那么 socket.accept 方法就会一直阻塞在那里,导致 CPU 使用率上升。

为了解决这个问题,可以尝试以下方法:

  • 使用非阻塞套接字。非阻塞套接字不会在等待客户端连接时阻塞,而是会立即返回一个错误。应用程序可以定期轮询非阻塞套接字,以检查是否有新的连接请求。
  • 使用多线程或多进程来处理客户端连接。当新的客户端连接请求到来时,应用程序可以创建一个新的线程或进程来处理该连接,从而避免 socket.accept 方法阻塞主线程或主进程。

2.2 threading._release_save 方法

threading._release_save 方法用于释放线程持有的锁。当线程完成其任务后,它需要释放所持有的锁,以便其他线程可以访问被锁住的资源。

如果应用程序中有大量的线程同时尝试释放锁,那么 threading._release_save 方法可能会成为性能瓶颈,导致 CPU 使用率上升。

为了解决这个问题,可以尝试以下方法:

  • 避免在应用程序中创建过多的线程。
  • 使用锁池来管理锁。锁池可以限制同时可以被持有的锁的数量,从而减少 threading._release_save 方法的调用次数。
  • 使用非阻塞锁。非阻塞锁不会在等待锁被释放时阻塞,而是会立即返回一个错误。应用程序可以定期轮询非阻塞锁,以检查锁是否已被释放。

代码例子

以下是使用非阻塞套接字和多线程来处理客户端连接的代码示例:

import socket
import threading

def handle_client_connection(client_socket):
    # 处理客户端连接的代码

def main():
    # 创建一个非阻塞套接字
    server_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    server_socket.setblocking(False)

    # 绑定套接字到 IP 地址和端口
    server_socket.bind(('127.0.0.1', 8080))

    # 开始监听客户端连接
    server_socket.listen()

    while True:
        # 接受客户端连接
        try:
            client_socket, client_address = server_socket.accept()
        except socket.error:
            continue

        # 创建一个新的线程来处理客户端连接
        thread = threading.Thread(target=handle_client_connection, args=(client_socket,))
        thread.start()

if __name__ == '__main__':
    main()